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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO PROTOTIPO PARA EL CONTEO Y SEPARACIÓN DE VARILLAS PARA LA EMPRESA ANDEC S.A. REALIZADO POR: RODOLFO GABRIEL.

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1 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO PROTOTIPO PARA EL CONTEO Y SEPARACIÓN DE VARILLAS PARA LA EMPRESA ANDEC S.A. REALIZADO POR: RODOLFO GABRIEL SÁNCHEZ BUENAÑO LEONARDO ALEJANDRO VILLAGÓMEZ MEJÍA DIRECTOR: ING. ALEJANDRO CHACÓN. CODIRECTOR: ING. ÁNGELO VILLAVICENCIO

2 Proceso Actual de Conteo

3 Objetivos Diseñar e implementar un sistema de conteo y separación automático de varillas funcional, del cual se obtenga un error menor o igual al 5% en el conteo de varillas, para que satisfaga los requerimientos de la empresa, dentro de 6 meses a partir de ser aprobado el proyecto –Diseñar un sistema automático contador y separador de varillas con un error de hasta el 5% en el conteo de varillas. –Diseñar un sistema mecánico separador, que soporte el ambiente y las cargas externas de trabajo. –Diseñar los componentes mecánicos del separador que se adapten al espacio e infraestructura existente en el área de trabajo. –Realizar un protocolo de pruebas, y documentarlas. –Realizar un análisis y evaluación económico- financiero –Usar, en la medida que se pueda, los equipos disponibles dentro de la empresa para el presente proyecto

4 Sistemas de Conteo y Separación

5 Mecanismo Visión Artificial

6 Resumen de Selección de Alternativas SISTEMA SEPARADOR DE VARILLAS ComponentesSelecciónPuntaje Sistema de Posicionamiento LinealTornillo de Potencia (de Bolas) 89/100 Actuador de GiroServomotor 42/50 Actuador LinealCilindro Neumático 52/60

7 Diseño del Tornillo de Potencia Factor de seguridad 5 Parámetros de diseño Fuerza Máxima 800 N Largo necesario 1000 mm Diseño por Carga axial Diámetro 6,35 mm Diseño por Flexión Diámetro 17,02 mm Diseño por Fatiga Diámetro 17,58 mm Selección según estándares. Diámetro 19,05 mm Selección de Tornillo disponibles Tipo Diámetro nominal 20 mm Largo de recorrido1288 mm Paso5 mm Rigidez245,17 N/m Carga dinámica11081,51 N Carga estática23339,83 N Materiales del Tornillo ParteAISITratamientoDureza HRc Husillo1050Temple por inducción58-62 Tuerca8620Carburación temple revenido60-62 Bolas52100**62-65 HUSILLO Coef. de Fricción 0,03 Par de Torsión T. Carga Axial1,74 Nm T. Carga Perpend.0,11 Nm T. Total1,85 Nm Velocidad de funcionamiento V. Crítica 870,69 min^-1 V. Admisible 110,86 RPM TUERCA Diseño a Corte n 242,626 Diseño a Compresión n 200,139 Diseño por Carga Dinámica Carga dinámica 2150,98 N Diseño por duración de vida D. vida en vueltas 2,61x10^8 D. vida en horas27347,41

8 Diseño y Selección del Cilindro Neumático CILINDRO NEUMÁTICO Parámetros de diseño Fuerza Máxima800 N Brazo40 mm Factor Seguridad4 Presión trabajo6 bar Diseño por esfuerzo a flexión Diámetro vástago15,57 mm Diseño del émbolo Diámetro émbolo41,2 mm SELECCIÓN CILINDRO NEUMÁTICO Marca: FESTO Código: APA A-P-A Presión de trabajo: bar Carrera: 100 mm Diámetro del vástago: 16 mm Diámetro del émbolo: 50 mm

9 Diseño del Circuito Neumático CIRCUITO NEUMÁTICO Válv. estrangulación de retención: GRLA-1/8-QS-8-D Válvula de vías: CPE14-M1BH-5J-1/8 Tubo flexible: PUN-8x1,25-BL Silenciador: U -1/8 Sensores magnéticos de posición: SME-8M-DS-24V-K-2,5 Válvulas de vías: CPE14-M1BH-5J-1/8 Unidad de mantenimiento: P32 Compact Series de ½

10 Servo - Sistema SERVO-SISTEMA Parámetros de diseño Masa del tornillo:4,98 Kg T. Carga Axial:1,85 Nm Eficiencia:0.7 Diseño Servo-Motor Torque Tornillo1,854 Nm Torque Real2,4 Nm Potencia383,02 W SELECCIÓN SERVO-SISTEMA Servo-Motor: Marca:GSK Código: 80SJT-M024C Torque Nominal:2,4 Nm Potencia:514,85 W Velocidad Nominal:2000 RPM Encoder absoluto:2500 PPR Servo-Drive: Marca:XINJE Código:D098B Presición:0,001 mm Control velocidad:sí Control giro:sí

11 Unidad Lógica Programable (PLC) PLC - XINJE XC324RT CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS PLC PARÁMETROS ESPECIFICACIÓN Forma de ejecución del programa Forma de lazo cíclico. Forma de programación Escalera, Instrucciones. Protocolo de comunicación Modbus/CAN Espacio de programa para usuario 128K. Entradas 14, X0-X15. Salidas 10, Y0-Y11. Bobinas internas X X0-X1037. Bobinas internas Y Y0-Y1037. Memorias internas M M0-M2999. Registro word S0-S511. Timer T0-T ms no acumulativo. T100-T ms acumulado. T300-T399 10ms acumulado. T400-T499 1ms no acumulado. T500-T599 1ms acumulado. T600-T639 1ms tiempo preciso. Contador C0-C contador secuencial 16bits. C300-C bits secuencial/ contador inverso. C600-C619 Contador de alta velocidad fase simple. C620-C629 Contador de alta velocidad dos fases.

12 Sensores Finales de Carrera SENSORES Finales de Carrera: Marca: PEPPER+FULCH Código: NBB8-19GM50 Tipo:Inductivo Detección:8 mm Enrasado:sí Largo:50 mm Diámetro:19 mm

13 Diseño del Sistema de Visión Artificial

14 Selección Dispositivo de Adquisición ÍTEMVALOR [MM] Campo de visión Horizontal (FOV1)900 Campo de visión Vertical (FOV2)180 Tamaño de características más pequeña0,50 Resolución Horizontal: 3600 pixeles Resolución Vertical: 720 pixeles La resolución óptima de la cámara debe ser 3600x720 pixeles. Cálculo de resolución

15 Selección Dispositivo de Adquisición

16 Cámara Disponible en ANDEC S.A.

17 Disposición de cámara

18 Selección de Iluminación Variabilidad de corte y color del perfil.

19 Selección de Iluminación Análisis y selección de Iluminación

20 Selección de técnica de iluminación Técnica de Iluminación

21 Selección de Longitud de Onda Selección de longitud de Onda Iluminación Roja + filtro rojo. Iluminación verde + filtro verde. Iluminación Azul + filtro Azul. Iluminación infrarroja + filtro infrarrojo. Comercialmente existen dos tipos de longitudes de onda infrarrojas disponibles en el mercado siendo estas: 850 nm 940 nm

22 Iluminación-Filtro Adquiridos. Características Técnicas

23 Disposición de Iluminación Planteada

24 Disposición de Iluminación

25 Comunicación entre dispositivos

26 HMI

27 Implementación.

28 Resultados. Sistema Neumático Velocidad servo motor

29 Resultados. Separación de varillas

30 Resultados. Histograma de Iluminación

31 Resultados. Exactitud y Precisión en el conteo Exactitud y Precisión en el conteo Diámetro [mm]14825 Exactitud [%]2,938,030,07 Precisión1,484,900,52 Prueba1077 Error Promedio [%] 3,67 Precisión Promedio2,30

32 Resultados. Proyección con datos obtenidos

33 Análisis Económico Financiero ItemUnidadValor Presupuesto[$]39605,55 Tasa de oportunidad =13,50 AñoFlujoFlujo descontado VAN$ ,64 TIR75,92% 75,92 % > % la implementación del proyecto es atractiva.

34 Conclusiones. Es posible realizar conteo de varillas por medio de visión artificial, usando iluminación y filtro IR. Uso en su totalidad de equipos disponibles en la empresa. Error promedio en el conteo de 3,67%. Menor error conforme aumenta el diámetro de las varillas. Factores de seguridad altos en el diseño mecánico. Diseño del separador es independiente del proceso de fabricación de varillas. El proyecto es viable económicamente para ANDEC.

35 Recomendaciones Se recomienda adquirir equipos actualizados, una cámara de 3600x720 pixeles con las mismas características de robustez, conectividad y compatibilidad con el software Labview de National. Investigar y probar nuevas técnicas de iluminación, mejorando la técnica usada en el desarrollo de este proyecto. Mejorar la preparación del manto de varillas. Desarrollar e implementar un programa de mantenimiento preventivo y predictivo para evitar el deterioro prematuro de los elementos mecánicos y electrónicos del sistema.

36 ¿Preguntas?


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